Содержание к диссертации
Введение. Обоснование содержательности научного направления.
A. Формулировка предмета «Плазменной Аэродинамики».
B. Постановка задачи.
C. Положения, выносимые на защиту.
D. Формальные основания представления работы.
E. Структура работы.
F. Личный вклад автора в развитие направления.
G. Терминология и обозначения.
Глава 1. Обзор литературы.
-
Первые работы по Плазменной Аэродинамике. Электрический разряд в потоке газа.
-
Снижение сопротивления тел потоку при воздействии зоны энерговклада. (Историческая справка).
-
Влияние нагрева и электромагнитных сил на параметры погранслоя и отрывные явления (Краткий обзор).
-
Влияние электрических разрядов на протекание химических реакций (Краткий обзор).
Глава 2. Электрические разряды в газовом потоке.
-
Определяющие параметры газового разряда для плазменной аэродинамики.
-
Одноэлектродный ВЧ разряд в сверхзвуковом потоке.
-
Импульсно-периодический поперечный разряд в потоке воздуха и магнитном поле.
-
Поперечный разряд в потоке.
-
Наносекундный искровой разряд.
-
Поверхностный многоэлектродный разряд в потоке воздуха.
-
Генерация эрозионных плазменных струй с вынесенным током проводимости.
-
Источники питания плазменных генераторов. Расчет характеристик электрических схем.
Глава 3. Особенности диагностики плазмы в потоке газа и измерение параметров потока.
-
Краткий обзор методов и анализ применимости.
-
Особенности теневых методов визуализации структурных неоднородностей.
С Леонов
-
Особенности спектроскопической диагностики электроразрядной плазмы в потоке.
-
Измерения вкладываемой электрической мощности.
-
Измерения параметров потока.
Глава 4. Снижение сопротивления тел в потоке при воздействии электрических разрядов.
-
Критерии эффективности снижения сопротивления тел потоку.
-
Воздействие выдува плазменных струй на параметры обтекания тел.
-
Описание экспериментальной установки и методики испытаний.
-
Устройство и характеристики Іенераторов плазменной струи и АД модели.
-
Результаты испытаний снижения сопротивления осесимметричных моделей.
-
Влияние выдува плазменной струи на характеристики модели крыла.
-
Несимметричное обтекание моделей.
4.3. Снижение сопротивления моделей при генерации ВЧ и СВЧ неоднородных
разрядов.
-
Описание экспериментальной установки и методики испытаний.
-
Режимы генерации плазмы ВЧ одноэлектродного разряда.
-
Результаты весовых измерений.
-
Взаимодействие плазменных каналов ВЧ разряда с головной ударной волной.
-
Воздействие безэлектродного СВЧ разряда на обтекание тел. Эффекты нестационарности.
4.4. Влияние комбинированных разрядов на аэродинамическое сопротивление
моделей.
-
Эксперимент с моделью 1\3 носовой части самолета.
-
Эксперимент с моделью Сх=0.1.
-
Определение механизма влияния поверхностного разряда на сопротивление осесимметричных тел.
4.5. Формулировка основных результатов по Главе 4.
Глава 5. Управление обтеканием тел воздействием разрядов поверхностного
типа.
5.1. Модификация погранслоя и стимуляция отрывных явлений.
-
Экспериментальная установка и параметры разряда в сверхзвуковом потоке.
-
Режимы взаимодействия поверхностной плазмы с потоком.
-
Модель взаимодействия потока с поперечным поверхностным разрядом.
-
Отрыв пограслоя, стимулированный плазмой. Сравнение с расчетом.
С Леонов
-
Воздействие поверхностного разряда на структуру трансзвукового течения над пластиной.
-
Выводы по п.5.1.
5.2. Управление потоком в воздухозаборниках и каналах.
-
Постановка задачи исследования.
-
Влияние на параметры потока в канале при наличии препятствия.
-
Управление положением скачка в модельном воздухозаборнике.
-
Модификация течения за обратным уступом.
-
Формулировка результатов по п.5.2.
5.3. Воздействие поверхностного барьерного разряда на структуру воздушного
течения.
-
Генератор поверхностной плазмы на основе барьерного разряда.
-
Измерение параметров плазмы барьерного разряда.
-
Описание эксперимента.
-
Плазменно-индуцированное течение.
-
Аэродинамические эффекты в дозвуковом и трансзвуковом потоках.
-
Заключение по разделу 5.3.
5.4. Формулировка основных результатов по Главе 5.
Глава 6. Плазменное зажигание тонлива в потоке.
-
Постановка задачи плазменной стимуляции горения.
-
Описание экспериментальной установки
-
Влияние электрического разряда на параметры отрывного течения.
-
Зажигание топлива разрядом в отрывной зоне сверхзвукового течения.
-
Сравнение экспериментальных данных с расчетом.
-
Формулировка предварительных результатов по Главе 6. Глава 7. Заключение. Проблемы и решения.
Список литературы.
С Леонов
Введение к работе
Обоснование содержательности научного направления.
А. Формулировка предмета плазменной аэродинамики.
Плазменная аэродинамика (ПА) легла в основу хорошо известного сегодня направления исследований - магнитоплазменной аэродинамики [1-2]. Магнитоплазменная аэродинамика (МПА) - это современная отрасль физики и технической науки, которая изучает явления и процессы взаимодействия между высокоскоростным газовым потоком, плазмой электрических разрядов и электромагнитными полями. Основная идея развития МПА заключается в применении достижений плазменной технологии для решения фундаментальных задач аэрокосмической науки. В основе МПА лежат три основных научных направления:
Газовая механика и аэродинамика,
Физика низкотемпературной плазмы (газовый разряд и плазмохимия),
Новая энергетика (магнитогидродинамика - МГД и тепловые машины).
В наиболее обобщенной форме научная задача МПА может быть обозначена как: физика и механика высокоскоростных газоплазменных потоков во внешних электрических, магнитных и электромагнитных полях. Изучение и использование неравновесных, нестационарных и неоднородных плазменных образований в экспериментальных и теоретических исследованиях принципиально отличает эту область от традиционных газодинамики, плазмодинамики и электро-гидродинамики.
Различные направления исследований в МПА объединены общностью применяемых методов. Таких основных направлений можно назвать три в соответствии с доминирующим механизмом взаимодействия и формализмом описания:
Энергетический метод (вложение тепловой энергии в предварительно определенную зону поля течения по определенному временному закону), Электромагнитный метод (взаимодействие плазменных объектов с самосогласованным электромагнитным полем в потоке),
Плазмохимический метод (изменения направления и скорости химических реакций при генерации плазмы). Следует отметить, что в большинстве случаев довольно трудно разделить характерные плазменные эффекты на тепловую, электромагнитную или химическую составляющие, так как указанные процессы происходят одновременно. Упрощенная
С Пеонов схема, в целом отражающая развитие МПА технологии и плазменной аэродинамики, показана на рис.АЛ.
Магнитоплазменная аэродинамика
Плазменная аэродинамика
Магнитогидродинамика
Управление потоком обтеканием
Плазменно стимулированное горе
Снижение сопротивления потоку
I | Плазменная активация I И топлива и окислителя А
Генерация управляющих сил и моментов
Модификация погранслоя [Инициация реакций при высокой скорости потока [ ' "
Стабилизация фронта пламени
Управлениеотрывными Ч зонами
Плазмохимическая конверсия топлива
Управление структурой потока в каналах
Рис.АЛ.Упрощенная схема МПА.
Предметом рассмотрения данной работы не является все многообразие явлений МПА, основной упор делается на плазменную аэродинамику (ПА). В данном изложении мы не будем касаться проблем МГД взаимодействия.
Важная часть ПА подхода заключается в мотивации задач данного научного направления, которая может быть представлена следующим образом: 1. Общепринятые газодинамические методы не позволяют решить все насущные проблемы управления потоком, полетом тел в атмосфере и высокоскоростного горения, особенно в нерасчетных режимах. Для этого требуются дополнительные механизмы воздействия на поле течения и термодинамические свойства среды. Плазменная технология обеспечивает специфические методы влияния на структуру и параметры течения. Эти возможности включают: управление структурой поля течения и
С.Леонов пограничным слоем с помощью локального нагрева и объемных электромагнитных сил, регулирование тепловых нагрузок при помощи изменения структуры течения, управление скоростями химических реакций при плазменной активации среды; 2. Важные аэрокосмические задачи могут быть решены методами ПА. К таковым относятся: снижение волнового сопротивления и сопротивления трения; стабилизация и управление параметрами отрывных зон; управление конфигурацией ударных волн в воздухозаборниках, диффузорах и АД каналах; управление режимами сверхзвукового горения; подавление неустойчивостей в потоке.
Таким образом, плазменная технология может предоставить обширный набор возможных приложений в области практической аэродинамики. Очевидно, что не все из них получат реальное развитие. На сегодняшний день два направления представляются наиболее перспективными и имеют максимальный уровень научной проработки:
Управление потоком и полетом тел в атмосфере;
Горение в высокоскоростном потоке, индуцированное плазмой. Управление потоком Традиционные методы улучшения аэродинамических характеристик летательных аппаратов и их частей базируются на применении механических элементов, использующих энергию набегающего потока для перераспределения давления по поверхности, а также применения струйных течений в локальных зонах. Сегодня нет сомнений, что для дальнейшего существенного улучшения характеристик необходимы и другие, немеханические методы. Среди них плазменный метод, возможно, является наиболее перспективным, если не единственным [3-8]. Расширенное понимание МПА метода для управления потоком включает не только нагрев газа, но также возбуждение пондеромоторных объемных сил при взаимодействии плазмы с электромагнитными полями.
Могут быть перечислены несколько основных механизмов, влияющих на параметры и структуру потока: изменение термодинамических свойств среды; модификация структуры поля течения; генерация или стабилизация местных отрывных зон; изменения параметров погранслоя и т.п. В техническом смысле эти эффекты проявляются в трансформации головной ударной волны, снижении волнового сопротивления (термодинамический и форм-факторный эффекты), в снижении донного сопротивления, изменении вязкого трения, перераспределении тепловых потоков, настройке структуры поля течения в воздухозаборниках и т.п. Такие возможности могут быть реализованы при генерации плазмы в электрических разрядах постоянного
С Леонов и переменного тока, свободно локализованных разрядах в электромагнитных волновых пучках, при выдуве высокоэнтальпийных плазменных струй и при других подобных явлениях.
Горение, инициированное и поддерживаемое плазмой В настоящее время подавляющее число специалистов считают, что при полете в атмосфере с высоким числом Маха в качестве энергетической установки будет использован двигатель со сверхзвуковым режимом горения, использующий атмосферный воздух в качестве окислителя. С другой стороны, многие проблемы, связанные со сверхзвуковым горением, не решены до сих пор. Среди них быстрое смешение топлива с окислителем, зажигание пламени при низкой температуре и в излишне бедных/богатых смесях, снижение времени индукции горения, стабилизация фронта пламени, улучшение полноты сгорания, снижение вредных выбросов, снижение заметности в ИК диапазоне и т.п. По-видимому, наиболее перспективным для решения подобных задач является метод, основанный на генерации электрических разрядов в потоке [9-11]. Могут быть обозначены, по меньшей мере, четыре механизма влияния плазмы на зажигание и горение топлива в потоке: нагрев газа, производство активных радикалов и частиц, плазменно-стимулированное смешение и плазменно-индупированньш отрыв потока.
В последние 15 лет в ПА получен значительный объем новых данных. Практическое использование полученных результатов позволяет решить некоторые важные технические задачи. Среди них, например, увеличение скорости полета тел метания и аэродинамических объектов в атмосфере, увеличение аэродинамического качества ЛА, особенно, в критических режимах, проектирование «коротких» авиационных двигателей (ГПВРД), снижение заметности ЛА, снижение шума и вредных эмиссий в атмосферу и т.п.
К настоящему времени прошло шесть конференций по слабоионизованной плазме в США и пять международных рабочих совещаний в России. Одна из 23-х научных программ фундаментальных исследований Президиума Академии Наук, инициированных в 2003г., направлена, в значительной степени, на решение задач в этой области. На сегодняшний день МПА следует считать вполне устоявшимся направлением исследований, претендующим на участие в формировании концепции летательных аппаратов будущего.
С Пеонов
В. Постановка задачи.
На сегодняшний день «Плазменная аэродинамика» является активно формирующейся отраслью прикладной науки на стыке физики плазмы и аэромеханики. Практические успехи обоих разделов хорошо известны. Исчерпание значительной части традиционных средств стимулирует применение плазменных генераторов для решения принципиальных задач механики газовых течений и динамики движения тел в атмосфере.
В основе проводимых исследований лежат несколько принципиально важных идей. Перечислим некоторые из них: о Структура газового течения может быть существенно изменена за счет энергоподвода. В практических случаях локальный нестационарный подвод энергии может быть осуществлен эффективно методами газового разряда, о Параметры пограничного слоя (ПС) могут быть модифицированы как за счет теплоподвода, так и с помощью объемных сил в электромагнитных полях в ионизованном газе приповерхностного разряда. Это дает возможность для управления касательными напряжениями и устойчивостью ПС. о Структура фронта ударной волны (УВ) в плазме модифицируется существенным образом по сравнению с начальным газом вследствие механизма формирования слоев пространственного заряда. Это может приводить к снижению потерь полного давления при прохождении газа через УВ в условиях возбуждения газового разряда, о Свойства электрических разрядов в газовом потоке во многих случаях существенно отличаются от их поведения в покоящемся газе. Генерация неоднородных, неравновесных и нестационарных типов разряда существенно снижает уровень требуемой мощности для достижения необходимого физического эффекта, о Неравновесная плазма электрического разряда обладает способностью существенного повышения реакционной способности топлива и окислителя без значительного увеличения температуры среды. Это важно для ускорения зажигания и интенсификации высокоскоростного горения.
Таким образом, целью представляемой работы явчяется экспериментальное исследованиесвойствочектрическихразрядовввысокоскоростномвоздушномпотоке ивлиянияэлектрическихразрядовразличныхвидовнаегоструктуруипараметры
Сформулируем основные научные задачи, принятые в рамках данной работы.
С Леонов
Экспериментальное исследование процессов формирования и динамики электрических разрядов и плазменной струи электроразрядного источника в сверхзвуковом потоке воздуха.
Экспериментальное исследование эффекта снижения сопротивления тел вращения в сверхзвуковом и трансзвуковом потоках при генерации перед телом плазменных образований и выдуве высокоэнтальпийных струй.
Экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование модификации структуры высокоскоростного воздушного потока при генерации приповерхностных разрядов
Экспериментальное изучение нетеплового эффекта поверхностного барьерного разряда на структуру течения над профилированной поверхностью.
Демонстрация зажигания и интенсификации смешения топлива при его непосредственной инжекции в высокоскоростной низкотемпературный воздушный поток с помощью филаментарного электрического разряда.
Помимо указанных задач значительная доля усилий затрачена на проектирование, глубокую модернизацию и создание заново экспериментальных установок, планирование экспериментальных работ на больших установках, разработку и создание оригинальных источников питания плазменных генераторов, создание технической базы измерительных средств, серьезную доработку диагностических методов под специфические условия применения. Эти технические и научно-технические разработки отражены в диссертационной работе лишь в необходимой части.
Для практического применения плазменной техники в аэродинамике необходимы не только демонстрации возможных эффектов электрических разрядов, но и систематические исследования для набора базы данных в обозначенной области знаний. Безусловно, что представленные здесь результаты являются малой частью необходимых обширных данных по влиянию плазменных образований на параметры и структуру высокоскоростных течений В частности, исследованы изменения аэродинамических характеристик моделей только в условиях продувок в аэродинамических трубах. К сожалению, сегодня нет данных по влиянию плазмы на характеристики реальных аппаратов, поэтому все сделанные здесь выводы являются существенно прогностическими.
С Леонов
С. Положения, выносимые на защиту.
1. Изучен процесс взаимодействия некоторых видов неоднородных электрических разрядов с воздушным высокоскоростным потоком, в частности: о Описана генерация одноэлектродного высокочастотного филаментарного разряда в сверхзвуковом потоке и взаимодействие такого разряда с присоединенной ударной волной. о Предложен механизм ламинаризапии начального участка высокоэнтальпийной плазменной струи с выносом электрического тока. о Экспериментально продемонстрирован эффект поперечной неустойчивости тепловой каверны филаментарного разряда в сверхзвуковом потоке. о Экспериментально исследована генерация поперечного и продольного поверхностных разрядов в сверхзвуковом потоке. Предложена физическая модель взаимодействия. Описан переход от поперечной к продольной моде в условиях циркуляционной зоны.
Предложен и использован ряд оригинальных методик исследования динамики разрядов в потоке, в частности: теневой фоторазвертки, ИК мониторинга положения границы зоны отрыва и размера разрядной области, метода расфокусированной диафрагмы с последующим восстановлением профиля плотности.
Проведен обширный цикл экспериментальных работ по параметрическому исследованию снижения аэродинамического сопротивления моделей и созданию управляющих сил и моментов с помощью плазмы электрических разрядов. о Впервые экспериментально продемонстрировано снижение сопротивления осесимметричных тел в сверхзвуковом потоке при выдуве высокоэнтальпийных струй навстречу потоку. Получены картины течения. В ряде случаев достигнута высокая энергетическая эффективность воздействия. о Экспериментально исследовано влияние поверхностного разряда на сопротивление тел вращения. Показано, что основным механизмом является снижение сопротивления трения. о Определены механизмы влияния одноэлектродного ВЧ-разряда на сопротивление моделей в сверхзвуковом потоке. В ряде случаев получен высокий уровень энергетической эффективности (до tjl = \80 %).
С Пеонов о Впервые экспериментально продемонстрировано снижение сопротивления моделей при генерации Неоднородного безэлектродного СВЧ-разряда в сверхзвуковом потоке.
4. Проведены экспериментальные работы по изучению влияния поверхностных разрядов на параметры погранслоя и отрывные явления. В частности: о Получены зависимости параметров отрывной зоны за уступом от энергетических характеристик электрического разряда. о Экспериментально продемонстрировано снижение тангенциальной силы на плоской и профилированной пластинах при генерации поверхностного разряда. о Экспериментально достигнуто управление положением прямого замыкающего скачка при трансзвуковых режимах обтекания профилированной пластины с помощью поверхностного барьерного разряда. о Экспериментально получен и исследован эффект плазменной экранировки препятствий на поверхности в высокоскоростном потоке. о Экспериментально продемонстрирован и изучен эффект генерации искусственных отрывных зон с помощью поверхностных разрядов. Исследована динамика установления отрыва при генерации плазмы. Измерен энергетический порог отрыва потока на плоской поверхности. о Предложен способ управления параметрами и структурой потока в каналах и воздухозаборниках. Экспериментально показана возможность снижения потерь полного давления в канале переменного сечения.
5. Экспериментально продемонстрирован эффект воспламенения неперемешанного топлива при низкой температуре с помощью неоднородного многоэлектродного разряда в условиях фиксированной циркуляционной зоны сверхзвукового потока. Получен эффект ускорения смешения в потоке при использовании филаментарного поперечного разряда.
С Леонов D. Формальные основания представления работы.
Актуальность проблемы. В настоящее время в США (программы "Х-43", "Falcon" и "НурегХ"), Европе (в Великобритании и во Франции), Японии и Китае значительно возросла активность по созданию гиперзвуковых летательных аппаратов. В 2002 году на полигоне в Австралии проведены испытания гиперзвукового аппарата и продолжается выполнение программы в рамках проекта «Австралийская Гиперзвуковая Инициатива». В 2003 году проведены испытания (неудачные) аппарата Х-43 с гиперзвуковым воздушно-реактивным двигателем. В конце 2004 года повторные испытания Х-43 признаны успешными и объявлено наступление «эры гиперзвуковых полетов». Понятно, что такого сорта аппараты в будущем могут стать основой не только транспортных систем, но и, в первую очередь, систем оборонительного и ударного назначения следующих поколений.
В данной области успешно работают коллективы исследователей ИВТ РАН, МГУ, ИТПМ, МРТИ, МФТИ, ФТИ им. Иоффе и др. К разработке новых технологий плазменного управления привлечены значительные силы в университетах и специализированных организациях НАСА и ВВС США, а также национальных и международных агентств в Европе и Азии. Разрабатываемые технологии позволяют значительно изменять аэродинамические характеристики существующих ЛА, в частности, увеличивать дальность полета без изменения стартовой массы и существенно уменьшить время отклика управляющих систем (т.е. увеличивать скорость маневра).
Повышенный интерес к этой области развития прикладной науки отражается в возросшем числе публикаций по возможному применению электроразрядных и магнитогидродинамических эффектов для решения задач внешней и внутренней аэродинамики. С другой стороны, многие новые результаты не разглашаются.
Научная новизна работы. В данной диссертационной работе систематически изложены экспериментальные результаты по плазменной аэродинамике за последние 15 лет. Многие из них были получены впервые (раздел С). В частности, впервые был проведен цикл систематических измерений эффекта плазменных струй на аэродинамические характеристики тел в сверхзвуковом потоке, описан критерий эффективности воздействия и экспериментально получена зависимость эффективности от начальных параметров, описан эффект отрыва пограничного слоя при генерации
С Леонов разряда на плоской стенке, продемонстрирован эффект нетеплового воздействия поверхностного разряда на структуру трансзвукового течения, продемонстрировано зажигание неперемешанного топлива в сверхзвуковом потоке электрическим разрядом и т.д.
Практическая значимость. Конструирование современных высокоскоростных ЛА и совершенствование существующих управляемых и неуправляемых ЛА связано с комплексным решением ряда научно-технических проблем принципиального характера. В настоящее время становится понятным, что потенциал традиционных аэродинамических технологий не обеспечивает возрастающих требований к тактико-техническим характеристикам ЛА. Известные результаты проработок по созданию транспортных систем следующего поколения в России и за рубежом, а также опыт создания и эксплуатации космических аппаратов многоразового использования показывает, что указанные выше проблемы и, зачастую, противоречивые требования могут быть разрешены только в рамках комплексных подходов с использованием нетрадиционных и новых технологий. Возможно, МПА технология в настоящее время является единственной альтернативой эволюционному пути развития традиционной аэродинамики.
Результаты, изложенные в диссертационной работе представляют не только академический, но, в большей степени, практический интерес при формировании облика летательных аппаратов и газодинамических/энергетических установок следующего поколения. По-видимому, следующие шаги в этой области должны быть тесно связаны с работой отраслевых институтов и специализированных конструкторских организаций
Достоверность полученных результатов. Приведенные в диссертации экспериментальные результаты получены на различных экспериментальных установках с привлечением различных измерительных методик. Частично, аналогичные наблюдения выполнены другими авторами в России и за рубежом. Результаты в значительной степени совпадают в части пересечения постановки эксперимента. Наиболее важные эксперименты выполнены на «больших» экспериментальных установках ЦАГИ, ЦНИИМаш, ГосНИИАС, ВИКА им. Можайского, где основные измерения дублировались штатными системами, а соответствующие результаты подробно обсуждались с ведущими специалистами. Часть
С Пеонов результатов сравнивается с данными численного анализа, вьшолненного признанными специалистами НИИМех МГУ, ЦАГИ, ВИКА им. Можайского, показывающего качественное и, в ряде случаев, количественное совпадение. Некоторые данные были целенаправленно перепроверены за рубежом. Таким образом, достоверность изложенных экспериментальных результатов является весьма высокой.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены лично автором и обсуждались на ряде международных и национальных конференций, симпозиумов, рабочих совещаний и семинаров, из которых наиболее значимыми являются: Международная конференция «МПА в аэрокосмических приложениях», ИВТАН, Москва (1999-2006); Weakly Ionized Gases Workshop, США (1997-2006); International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, США-Франция- Италия- Австралия (1999, 2003, 2005, 2006); Plasmadynamics and Lasers Conference, США (2000-2005); Всесоюзная Конференция по низкотемпературной плазме, Петрозаводск (1995); Конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород; HAKONE, Ирландия, (1999); Международный симпозиум «Термохимическая конверсия и МПА», Санкт-Петербург, (2001-2006); EUCASS, Москва, (2005); Конгресс ICAS, Гамбург (2006) и другие.
Квалификационная ценность результатов исследований признана международным научным сообществом, в частности, посредством предоставления грантов Международного Научно-Технического Центра (проекты МНТЦ №1870, №2084, №3057). Результаты обсуждались в рамках вьшолнения Программ Президиума РАН №20 и №09
С Леонов
Е. Структура работы.
В настоящей диссертационной работе излагаются результаты экспериментальных исследований в области плазменной аэродинамики и сопутствующих областях, полученные автором самостоятельно и в составе научных коллективов в период с 1980 по 2004 год. Значительная часть результатов опубликована в более 80 научных статьях и многоисленных отчетах, докладывалось на более 40 конференциях, симпозиумах и научных совещаниях.
Диссертационная работа состоит из введения, шести (6) глав и заключения, содержит 409 страниц текста, с 311 рисунками. Совокупный список литературы содержит 282 наименования.
Первая глава посвящена обзору экспериментальных и теоретических работ по направлениям, имеющим непосредственное отношение к теме диссертационной работы: электрические разряды в газовом потоке, снижение сопротивления движению тел в атмосфере, модификация структуры течения при генерации разрядов и влияние плазмы на протекание химических реакций.
Во второй главе приведено описание поведения электрических разрядах в условиях внешних высокоскоростных потоков. Отдельно изложены данные по эрозионной плазменной струе с выносом электрического тока ввиду того, что значительная часть плазмо-аэродинамических экспериментов проводилась именно при выдуве такой струи.
В третьей главе кратко изложены особенности применения диагностических методов в условиях высокоскоростного воздушного потока и пространственно неоднородных электрических разрядов.
Четвертая и пятая главы являются основными в диссертации. В них описаны результаты экспериментальных исследований влияния плазмы газовых разрядов на параметры обтекания | тел (четвертая глава) и структуру течения у поверхностей (пятая глава). Подробно обсуждается проблема снижения аэродинамического сопротивления как, с одной стороны, наиболее популярная в последние 10 лет так, с другой стороны, отражающая все основные вопросы знеріетического метода управления потоками. Проведен сравнительный анализ экспериментальных результатов с расчетными результатами, полученными для близких к эксперименту условий. Сформулирован критерий эффективности применения энергетического метода снижения сопротивления. Изложены экспериментальные данные по влиянию плазменных струй на подъемную силу модельного крыла. Приведены данные по влиянию разрядов на отрыв потока Обсуждается способ управления структурой течения в гиперзвуковом воздухозаборнике. Изложен взгляд автора на эффективность плазменного" влияния на параметры высокоскоростного потока.
С Леонов
В шестой главе изложены некоторые экспериментальные данные по электроразрядной инициации горения и перемешивания топлива в высокоскоростном потоке. Опыты проводились при прямой инжекпии топлива в воздушный поток комнатной температуры. Приведены данные по теневым измерениям, измерениям давления и оптической спектроскопии. Обсуждается проблема адекватности трактовки видеонаблюдений и спектроскопических измерений. Данная часть работы находится в активной фазе, поэтому приведены лишь предварительные выводы.
В заключении приводятся основные выводы, сделанные по результатам исследований и обсуждаются вопросы, связанные с их практическими приложениями. Излагается возможный подход к проблеме масштабирования плазменных явлений и соответствующего метода снижения аэродинамического сопротивления. Обсуждаются основные недостатки электроразрядного способа управления высокоскоростным потоком. Кратко перечислены нерешенные задачи плазменной аэродинамики в авторской иерархии.
Список литературы в диссертационной работе выстроен по главам с неизбежным пересечением части ссылок.
С Леонов F. Личный вклад автора в развитие направления.
Автор позиционирует себя как экспериментатора в области механики газа и плазмы, физики газового разряда и методов измерений параметров электрических разрядов в газовых потоках. Большая часть расчетных работ, результаты которых приведены здесь, выполнена коллегами, где автор претендует лишь на постановочную часть. Подчас бывает крайне затруднительно указать точно автора той или иной идеи или инициатора конкретной работы. Тем не менее, в большинстве случаев для описанных здесь результатов автор диссертации являлся непосредственным исполнителем или, по меньшей мере, одним из технических руководителей. В Части исследования разрядов в потоке, влияния разрядов на обтекание тел и поверхностей большая часть представленных результатов является личным достижением. Автор считает необходимым отметить специально следующее.
Первым идею о немонотонном поведении вязкости плазмы по радиусу плазменной струи высказал Г. А. Лукьянов, будучи в то время научным руководителем исследований. Эксперименты по генерации СВЧ разряда в потоке велись силами большого коллектива. Здесь приводятся результаты, полученные в то время, когда техническое руководство работами осуществлялось при участии автора.
Спектроскопические наблюдения в присутствии химических реакций проводились совместно с Д А Яранцевым, измерения методом КАРС совместно с П.В.Козловым, теневые съемки УВ в разряде совместно с АИ.Харитоновым, спектроскопия продольного разряда в ударной трубе проводилась вместе с В.Г.Бровкиным, расчет спектров первоначально выполнялся Ю.Ф.Колесниченко, теневые съемки в ЦАГИ проводил В.П.Головня, метод расфокусированной диафрагмы для нестационарньк объектов развивал АВ.Шипилин. Система измерений давления на базе электронного коммутатора была первоначально создана Б.И.Тимофеевым и АВ.Козловым. Разработка источника питания КХМц осуществлена совместно с А В.Козловым.
Особенно следует отметить, что значительная часть работ по влиянию разрядов на обтекание в 1997-1999гг. велась совместно с АИ.Климовым. Значительный вклад в работы по снижению сопротивления при выдуве струй плазмы внесли В.П Небольсин и ВА Шилов. ВЧ плазменные генераторы первоначально разрабатывались АИ.Пащиной. Решающий вклад в постановку эксперимента по СВЧ разряду внесли Ю.Ф.Колесниченко, В.Г.Бровкин, ВАЛашков и ААКрылов. Безусловно
С Леонов положительное влияние на постановку экспериментов в ЦАГИ оказали Ю.Е. Кузнецов и В.В. Скворцов.
Часть работ по воздействию поверхностного разряда на обтекание проводилась в ВИКА им. Можайского при непосредственном участии в постановочной части АС.Юрьева. Бессменным техническим соратником в последние годы был КВ.Савелкин.
В постановке задачи плазменной инициации горения принимал активное участие ВАВиноградов. Идеи по интенсификации смешения разрядом в магнитном поле принадлежат ВАБитюрину.
Расчет влияния поверхностного энерговклада на параметры обтекания осесимметричных моделей проводился в разное время В.Г.Громовым и АС.Юрьевым. Расчет влияния энерговклада на обтекания ступеньки проводился АН.Бочаровым и ЕАГубановым, а в последнее время МАСтародубцевым. Анализ влияния релаксации на толщину слоя вытеснения провел В.Р.Соловьев. Термохимическая кинетика топлив с воздухом рассчитывалась Н.Ю.Бабаевой и И.В.Кочетовым. Расчет состава плазменной струи проводила ИАСоколова. Расчет состава воздуха на выходе плазменной ячейки провели А.П.Напартович и И.В.Кочетов. Только малая часть этих данных вошла в диссертацию.
Экспериментальная работа на установках значительного масштаба всегда требует слаженных усилий коллектива исполнителей. Не имея возможности перечислить всех поименно, автор выражает свою искреннюю благодарность всем участникам проводимых экспериментов.
С Леонов
С Терминология и обозначения.
С Леонов
